Способ уравновешивания дирижабля жидким балластом Советский патент 1992 года по МПК B64B1/70 

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к воздухоплаванию и дирижаблестроению, и представляет собой усовершенствованный способ уравновешивания дирижабля жидким балластом.

Известны способы уравновешивания дирижаблей, полетная масса которых уменьшается за счет расходования топлива при работе силовых установок. Вследствие этого появляется избыточная подъемная сила (всплывная)

Фс Фс- тпол.д,

которую необходимо уравновесить для сохранения высоты полета дирижабля, т.е. сохранения условия

Фс ГПполЗ,

где Фс - статическая подъемная сила дирижабля;

g - ускорение силы тяжести;

тпол - полетная масса (без массы подъемного газа).

Способы уравновешивания можно разделить на две части: в первой уравновешивание производится за счет уменьшения подъемной силы, во второй - за счет стабилизации полетной массы дирижабля путем накапливания балласта.

Уменьшение подъемной силы связано в той или иной степени с потерей подъемного газа. Это неэкономично, учитывая высокую стоимость используемого в современных и перспективных дирижаблях дорогостоящего гелия, Всплывную силу можно также уменьшить за счет отрицательной аэродинамической подъемной силы, создаваемой оперенным корпусом, либо за счет вертикальных составляющих тяги воздушных винтов, Однако это ведет к резкому увеличению расхода топлива. Более рационально накапливать балласт в полете по мере выработки топлива, сохраняя полетную массу дирижабля. Причем, перераспределяя накапливаемый балласт емкостями, расположенными с разных сторон центра масс дирижабля. Так можно изменять угол дифферента, что в некоторых случаях более эффективно, чем, например, с помощью рулей.

В известных способах накопление жидкого балласта - воды производится путем конденсации водяных паров из выхлопных

сл

с

1 о

I

00

газов двигателей или забором водяного балласта при полете над водными пространствами.

Известен способ уравновешивания дирижабля по мере выработки топлива путем накапливания в дирижабле забортного воздуха Однако весовая эффективность такого способа весьма невысока.

Целью изобретения является повышение весовой эффективности дирижабля пу- тег использования в качестве жидкого балласта сжиженного атмосферного воздуха. , , .Ј

Это достигается за счет производства непосредственно на борту дирижабля в течение полета жидкого воздуха в количествах, равных расходу топлива в силовых установках дирижабля. Для этой цели атмосферный воздух сжимается в компрессоре, предварительно охлаждается забортным воздухом, очищается от влаги и углекислого газа, сжижается в бортовой холодильной установке и затем сливается в балластировочные емкости, которые должны быть теплоизолированы, т.к. температура жидкого воздуха составляет 195°С. Причем слив сжиженного воздуха в носовые и кормовые балластировочные баки может быть неодинаковым и зависить от заданного угла дифферента. В случае необходимости изменения угла дифферента накопленный балласт может быть перераспределен между балластировочными баками, а в аварийных ситуациях или при случае изменения высоты полета слит за борт,

На чертеже изображена принципиальная схема установки, реализующей предла.- гаемый способ уравновешивания дирижабля посредством сжижения забортного воздуха и закачки его в балластировочные емкости, расположенные по обеим сторонам центра масс дирижабля

Установка для получения балласта - жидкого воздуха в полете состоит из компрессора 1, который может является компрессором двигателя дирижабля, соединенного на выходе с последовательно расположенными воздуховоздушным теплообменником 2, реверсивным теплообменником-выморэжива- телем 3, конденсатором 4 и дросселем 5 К выходу теплообменника 3 подключен детандер 6, механически связанный с вентилятором 7, подключенным к теплообменнику 2. После дросселя 5 установлен отделитель жидкости 8, соединенный по жидкостной линии с балластировочными емкостями 9, а по газовой - с выходом из детандера 6. Насос Юслужитдля перекачки жидкого воздуха из одной балластировочной емкости в другую при уравновешивании и перераспределении массы дирижабля, а клапан 11 - для аварийного сброса балласта.

Установка для сжижения воздуха работает следующим образом.

Воздух из атмосферы сжимается в компрессоре 1, охлаждается в теплообменнике 2 и очищается от влаги и углекислого газа в теплообменнике 3.После теплообменника 3 поток сжатого воздуха разделяется на две

0 части. Одна часть подается в конденсатор 4, где воздух сжижается. Жидкий воздух через дроссель 5 и охладитель жидкости 8 сливается в балластировочные емкости 9. Вторая часть сжатого воздуха после теплообменни5 ка 3 поступает в детандер 6, где расширяется и охлаждается. Охлажденный воздух после детандера смешивается с газообразным воздухом, выходящим из отделителя жидкости 8 и емкости 9, и подается в кон0 денсатор 4 и теплообменник 3 для охлаждения и сжижения сжатого воздуха, а затем сбрасывается в атмосферу. Охлаждение сжатого воздуха в теплообменнике 2 осуществляется атмосферным воздухом, прокачи5 ваемым через теплообменник вентилятором 7, приводом которого служит детандер 6.

Масса бортовой установки для сжижения воздуха будет зависеть от ее произво0 дительности и давления воздуха за компрессором. Расчеты показывают, что при давлении порядка 1,5 МПа масса основных технологических агрегатов сжижитель- ной установки составит 3,1-3,3 кг на

5 производство в час одного килограмма накапливаемого жидкого воздуха. Если же от- бор сжатого воздуха будет производиться не от компрессора двигателя, а от специального компрессора, удельная масса сжижи0 тельной установки возрастет до 3,6-4,3 кг/кг жидк.возд. Расход сжатого воздуха при этом составит около 11 кг/кг жидкого воздуха.

Выбор типа компрессора будет зави5 сеть от относительного количества отбираемого в систему сжижения забортного воздуха. Существующие газотурбинные двигатели рассчитаны на отбор 3-4% воздуха, проходящего через компрессор. При уве0 личении отбора сверх указанной величины параметры двигателя начинают ухудшаться. В этих случаях необходима установка специального компрессора, привод которого может быть обеспечен как от самого двига5 теля дирижабля, так и с помощью электродвигателя.

Величина получаемого эффекта от применения изобретения зависит от типа дирижабля, его размерюсти (объема оболочки), назначения, запас топлива и т.д, и может

быть определена в каждом конкретном случае.

Формула изобретения Способ уравновешивания дирижабля жидким балластом, включающий получение ж ллкого балласта и распределение его по мере выработки топлива по балластным емкостям, отличающийся тем, что, с целью повышения весовой эффективности

дирижабля путем использования в качестве жидкого балласта сжиженного воздуха, в процессе полета по мере расходования топлива воздуха, забираемый из окружающей атмосферы, сжимают, охлаждают забортным воздухом, очищают от влаги и углекислого газа, сжижают и сливают в балластные емкости, поддерживая в них нормальное давление.

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к воздухоплаванию и дирижаблестроению. Целью изобретения является повышение весовой эффективности дирижабля путем использования в качестве жидкого балласта сжиженного воздуха. Это достигается путем забора воздуха из окружающей среды, которая по мере выработки топлива в полете сжимают, охлаждают атмосферным воздухом, очищают от влаги и углекислого газа, сжижают и сливают в балластные емкости, поддерживая в них нормальное давление. 1 ил.